Lab_2_Experimento_6_Troca_de_Calor

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS
Departamento de F́ısica
Experimento 6 - TROCA DE CALOR
Aluno: Leonardo dos Santos Barroso - 21854231
Turma: FL02
MANAUS-AM
2019
Sumário
1 Fundamentação Teórica 3
2 Objetivo 3
2.1 Objetivos espećıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3 Procedimento Experimental 4
3.1 Material Necessário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.2 Experimento 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.3 Experimento 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4 Resultados Discussões 5
4.1 Determinação da Capacidade Térmica do Caloŕımetro (C) . . . . . . . . . 5
4.2 Determinação do calor espećıfico do cilindro de ferro(c) . . . . . . . . . . . 6
5 Conclusão 7
6 Referências bibliográficas 7
1 Fundamentação Teórica
Se dois sistemas de temperaturas diferentes são colocados em contato, depois de certo
tempo eles estarão com a mesma temperatura. Em condições ideais de isolamento com o
ambiente, o calor Q1 fornecido pelo sistema mais quente é igual ao calor Q2 recebido pelo
sistema mais frio.
Isto acontece porque, em um sistema que não entra e nem sai calor (sistema ideal),
a soma algébrica das transferências de calor é zero. Este calor é função da massa m, do
calor espećıfico c e da variação de temperatura ∆t de cada um dos sistema:
Q = mc∆t.
Então, imaginemos um sistema composto de água quente, água fria e caloŕımetro, a
partir de nossa afirmação, podemos dizer que:
Qáguaquente + Qáguafria + Qcaloŕımetro=0.
Os caloŕımetros instrumentos usados para determinar o calor espećıfico das substâncias,
não conseguem reproduzir essas condições ideais. Portanto, há necessidade de se calcular
o seu equivalente em água (capacidade térmica c = mc), isto é, a quantidade de água que
tem a mesma capacidade caloŕıfica do caloŕımetro
2 Objetivo
Determinar o calor espećıfico de uma substância.
2.1 Objetivos espećıficos
1. Determinar a capacidade térmica do caloŕımetro
2. Determinar o calor espećıfico do Cilindro de Ferro.
3
3 Procedimento Experimental
3.1 Material Necessário
• 1 caloŕımetro de 500ml
• 1 termômetro
• 1 béquer
• 1 aquecedor de imersão
• 1 haste de madeira
• 1 balança
• 1 cilindro de ferro
Figura 1: Montagem do Experimento.
3.2 Experimento 1
1. Colocamos 200g de água no caloŕımetro e anotamos o valor da temperatura. 2.
Medimos 200g de água fria em um béquer com a ajuda de uma balança de precisão.
3.Aquecemos a água que estava dentro do caloŕımetro até uma temperatura entre 70o e
80o. E por fim anotamos o valor da temperatura inicial. 4. Colocamos a água fria no
caloŕımetro e, sempre agitando a mistura com uma haste de madeira, anotamos a tempe-
ratura de equiĺıbrio. Essa operação não foi muito demorada para que as perdas de calor
para o ambiente fossem minimizadas.
3.3 Experimento 2
1.Derramamos a água do caloŕımetro e o deixamos esfriar por uns 10 minutos. 2.
Enquanto esperávamos, determinamos a massa do cilindro de ferro e o mergulhamos
em um béquer com água e ligamos o aquecedor até que a água entrasse em ebulição.
3. Colocamos 200g de água fria no caloŕımetro e anotamos a sua temperatura inicial.
4. Retiramos o cilindro de ferro da água fervente e colocamos no caloŕımetro. Sempre
agitando, esperamos e anotamos a sua temperatura e equiĺıbrio térmico.
4
4 Resultados Discussões
4.1 Determinação da Capacidade Térmica do Caloŕımetro (C)
Tabela 1: Medidas aferidas no Laboratório de F́ısica Geral 2 sobre o experimento 1, que
relaciona a quantidade de calor, massa e temperatura inicial e final dos estados da água
e do caloŕımetro.
Quantidade de Calor (J) Massa (g) Temperatura inicial (oC) Temperatura final (oC)
Q1 (água fria) 200 26,9 47,4
Q2 (água quente) 200 74,4 47,4
Q3 (caloŕımetro) 0 26,9 47,4
No dia do experimento, tinhamos que a quantidade de calor da água fria Q1, a quan-
tidade de calor da água quente Q2 e a quantidade de calor do caloŕımetro Q3 e assim
podemos dizer que formavam um sistema onde não entrava e nem saia calor. Com isso te-
mos que para encontrar o valor da capacidade térmica do caloŕımetro (C), devemos somar
algebricamente a quantidade de calor da água fria, da água quente e a do caloŕımetro e por
fim igualar a zero. Porém nessas condições os caloŕımetros não equipamentos apropriados
para se calcular o calor especifico das substâncias (c). Sendo assim há a necessidade de
se calcular o sei equivalente em água, ou seja, a capacidade térmica (C = mc).
Sabendo que m = 200g e c água = 1, 00cal/goC, ambos valores constantes, Além
de que, ∆T1 = 47, 4
oC − 26, 9oC = 20, 5oC; ∆T2 = 47, 4oC − 74, 4oC = −27oC ;
∆T3 = 47, 4
oC − 26, 9oC = 20, 5oC.
logo:
Q1 + Q2 + Q3 = 0
m c água ∆T1 + m c água ∆T2 + m c caloŕımetro ∆T3 = 0
m c água ∆T1 + m c água ∆T2 + m
C
m
∆T3 = 0
m c água ∆T1 + m c água ∆T2 + C ∆T3 = 0
−C ∆T3 = m c água ∆T1 + m c água ∆T2
−C ∆T3 = m c água (∆T1 + ∆T2)
C = −m c água(∆T1 + ∆T2)
∆T3
C = −(200g)(1, 00cal/g
oC)(20, 5oC − 27, 0oC
(20, 5oC)
C = 63, 4cal/oC
5
4.2 Determinação do calor espećıfico do cilindro de ferro(c)
Tabela 2: Medidas aferidas no Laboratório de F́ısica Geral 2 sobre o experimento 2, que
relaciona a quantidade de calor, massa e temperatura inicial e final dos estados da água
quente, caloŕımetro e cilindro de ferro.
Quantidade de Calor (J) Massa (g) Temperatura inicial (oC) Temperatura final (oC)
Q1 (água fria) 200 26,8 29,8
Q2 (água quente) 0 26,8 29,8
Q3 (Ferro) 92,6 97,5 29,8
Um pouco análogo ao item 4.1 do experimento troca de calor, podemos observar que
o experimento dois , tratava-se também de um caso de sistema ideal, ou seja, não cedia
nem ganhava calor em relação às suas vizinhanças, com isso podemos encontrar o calor
espećıfico do ferro (c), apenas somando algebricamente a quantidade de calor da água
quente Q1, a quantidade de calor do caloŕımetro Q2 e a quantidade de calor do ferro Q3.
Cabe ainda destacar que a quantidade de calor do caloŕımetro Q2 é igual a Q = C(Tf−Ti).
Sabemos a priori que m = 200g e c água = 1, 00cal/g.oC ; m ferro = 92, 6g, além
de que ∆T1 = 29, 8
oC − 26, 8oC = 3oC ; ∆T2 = 29, 8oC − 26, 8oC = 3oC ; ∆T3 =
29, 8oC − 97, 5oC = −67, 7oC.
Logo:
Q1 + Q2 + Q3 = 0
m c água ∆T1 + C∆T2 + m ferro c ferro ∆T3 = 0
−m ferro c ferro ∆T3 = m c água ∆T1 + C ∆T2
c ferro = −m c água (∆T1 + C ∆T2)
m ferro ∆T3
c ferro = −(200g)(1, 00cal/g
oC)(3oC) + (63, 4cal/oC)(3oC)
(92, 6g)(−67, 7oC)
c ferro = 0, 12cal/goC
Podem ser tomadas várias providências para que o resultado obtido seja mais preciso,
algumas delas são a rapidez para depositar a água quente para que a mesma não perca
muito calor para ambiente, um caloŕımetro que se aproxime do ideal e um termômetro
preciso.
6
5 Conclusão
Com o prinćıpio que a soma dos calores internos recebidos e cedidos é igual a zero.
Calculamos a capacitância térmica do caloŕımetro, já que o caloŕımetro é um dispositivo
semelhante a uma garrafa térmica, havendo perda de calor para o ambiente, podendo ocor-
rer erros por este motivo. Colocamos água na temperatura do ambiente no caloŕımetro
depois colocamos a mesma quantidade de água porém quente no caloŕımetro e após isso
misturamos a água dentro e anotamos a sua nova temperatura, Se dois sistemas de tempe-
ratura diferentes são colocados em contato, depois de um certo tempo eles vão estar com
a mesma temperatura, porém em condições ideais de isolamento com o ambiente, o calor
Q1 fornecido pelo sistema mais quente é igual ao calor Q2 recebido pelo calor frio. Com
os dados obtidos chegamos ao cálculo da capacidade térmica do caloŕımetro C é apro-
ximado de 63, 4cal/oC. Em seguida repetimos o mesmo processo para encontrar o calor
espećıfico de um cilindro de ferro, porém com uma diferença, já possúımos a capacidade
térmica do caloŕımetro paracalcular o calor espećıfico do ferro que foi aproximadamente
0, 12cal/goC.
6 Referências bibliográficas
[1] GUSMÃO, M., et al. Manual de F́ısica II, 3a ed., 2013.
[2] HALLIDAY, DAVID; ROBERT RESNICK; KENNETH S. KRANE, Physics v. 2 (em
inglês), 2001.
[3] LAKATOS, EVA, Fundamentos de Metodologia cient́ıfica. 7o Edição. São Paulo. Atlas,
2010.
[4] SEVERINO, ANTÔNIO, Metodologia do Trabalho Cient́ıfico. 23o Edição. São
Paulo.Cortez, 2007.
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